基于“血管科學概念細化表”的前科學概念探查

王 威 吳 霞

(四川師范大學生命科學學院 成都 610101)

李宛蓉

(四川省簡陽市簡陽中學 641400)

學生具有的概念常常與科學概念的涵義不一致甚至相反，是對事物的非本質認識，即前科學概念[1]。課堂教學中把握學生的前科學概念能有效提高課堂概念教學的效率，更快幫助學生形成科學概念。前科學概念出現的原因有日常生活體驗、淺表認知、負遷移等，其中負遷移指一種學習對另一種學習產生干擾[2]。

1 研究問題的確定

血管是血液流動的管道，是初中生物學重要概念“血液循環系統包括心臟、動脈、靜脈、毛細血管和血液，其功能是運輸氧氣、二氧化碳、營養物質、廢物和激素等物質”的子概念。血管與學生生活息息相關，但因其存在于人體內，難以產生形象認知。因此，學生極易產生前科學概念。本文主要探查學生血管部分存在的前科學概念。

2 研究方法

2.1 問卷的設計 概念的定義能夠幫助學習者在已有知識和新知識之間建立起必要的聯系，是概念學習中一個重要的環節[3]。Merrill和Tennyson提出了定義概念的公式：概念名稱是高一級概念的名稱，它具有相關屬性1的值、相關屬性2的值等[4]。例如，“動脈”即高一級概念名稱，“動脈大多分布較深” 是相關屬性“分布”的值，“動脈管壁厚”是相關屬性“結構”的值。

“血管科學概念細化表”在梳理血管科學概念的基礎上，通過對四個子概念和七個維度的劃分，形成23個科學概念片段(表1)，對應血管科學概念的相關屬性[5]。以23個科學概念片段為基礎，從概念的“相關屬性”出發，編制研究工具，經過多位生物學一線教師的反復修改，最終問卷共20題，內容涵蓋全部科學概念片段。

題號與測試內容對應關系見表1，題號用T表示，

表1 血管科學概念細化表

第1題即為T1；測試內容為該題所包含的概念片段。為便于測試，將部分科學概念片段進行融合，包含至一個題目中。例如，科學概念片段A-a、B-a、C-a合并為T1題，題目內容為“人體的血管有3類，它們的名稱分別是________”。個別科學概念片段包含內容較多，則對應多個題目。例如，科學概念片段A-b、B-b、C-b中涵蓋管壁厚薄、管壁細胞構成、管腔大小等內容，因此在問卷中分開進行測試，共對應T12～T16題。

2.2 研究過程 研究對象確定為四川省成都市某初中八年級學生，隨機抽取50名學生，共發放問卷50份，回收50份，其中有效問卷48份。本問卷賦分依據為是否正確回答出科學概念片段內容，答對賦1分，答錯或未答賦0分。利用SPSS17.0對統計結果進行問卷的信度分析，信度系數為0.789，達到可接受水平。最后，基于文本分析對部分學生進行訪談，分析學生前科學概念產生的原因。

3 研究結果與分析

回收問卷，對各題學生答對的人數進行統計，如圖1所示。

圖1 測試題答對人數統計圖

從統計圖可以看出，學生回答錯誤率超過一半的題為第2、3、4、5、6、8、15、16、19題。第2題為作圖題，與“分布”相關；第3、4、5題對應相關屬性“分布”；第6、8題對應相關屬性“功能”；第15、16、19題對應相關屬性“結構”。由此可見，學生在血管科學概念出現前科學概念主要為對血管的分布、功能和結構的認識模糊不清。

為了深入分析學生出現前科學概念的原因，研究者在錯誤率超過一半的題目所對應的答錯學生中隨機抽取1/3進行訪談，分析結果如下。

3.1 關于動脈和靜脈分布深淺的前科學概念 超過90%的學生在相關屬性“分布”上存在前科學概念。通過訪談發現，學生此前科學概念主要來源于日常生活體驗：學生認為動脈對于人體有重要作用，因此機體為了保護動脈，將動脈都埋藏在人體的深處；而相對于靜脈，學生則認為分布在人體較淺的位置，如手背、額頭的“青筋”這些都是靜脈的體現。

3.2 關于動脈和靜脈功能的前科學概念 超過50%的學生在相關屬性“功能”上存在前科學概念，即動脈的功能是將血液運進心臟，而靜脈是將血液運出心臟。通過訪談發現，學生此前科學概念主要來源于概念間的負遷移，學生認為動脈血中富含營養，而心臟的跳動是需要營養的，因此動脈將動脈血運進心臟為其提供營養。由此可見，學生產生此前科學概念的原因是“動脈血中富含營養”的概念對“動脈功能”的概念產生了負面影響。

3.3 關于三類血管管腔大小的前科學概念 超過80%的學生在相關屬性“結構”上存在前科學概念，認為三類血管中動脈的管徑最大，靜脈次之，最小的是毛細血管。訪談發現，學生在形成了“動脈中血流速度最快”“動脈的管壁最厚”“動脈血富含營養”三個概念后，產生錯誤的邏輯思維，將“血流得快”“管壁厚”等同“管腔大”。認為動脈血富含營養，更大的動脈管腔可以包含更多的營養，最終產生了負遷移，形成動脈管腔最大的前科學概念。

3.4 關于靜脈瓣膜存在位置的前科學概念 80%的學生在相關屬性“分布”上存在前科學概念。學生能夠從“靜脈瓣膜”四個字判斷出靜脈瓣膜存在于靜脈中，但由于學生認知結構中已存在“房室瓣膜”的概念，理所當然地認為瓣膜與心臟有關，從而順理成章地認為靜脈瓣膜的位置應在靜脈與心臟的連接處。由此可見，“房室瓣膜”的概念對學生“靜脈瓣膜的分布位置”的理解產生了負遷移。

4 落實科學概念正遷移的教學建議

結合研究結果，建議在血管的教學中，將概念與概念之間的負遷移轉化為正遷移，即一個概念的把握對另一個概念的形成產生正面影響。教師可以在教學中強調概念之間的邏輯關系，幫助學生基于已掌握的科學概念，對新概念進行理解。以下以“動脈”概念中相關屬性間的邏輯關系為教學思路，闡釋在教學中如何落實科學概念的正遷移，概念相關屬性關系如圖2所示。

圖2 “動脈”概念相關屬性關系圖

圖2中圓圈中是相關屬性；實驗線方框中是科學概念片段；虛線方框中是過渡思維。研究結果顯示出學生對相關屬性“外部聯系”中的科學概念片段“動脈中血液流速快”掌握較好，而在相關屬性“結構”“功能”“分布”上存在前科學概念。教師可以幫助學生在已經掌握相關屬性“外部聯系”的基礎上，轉變相關屬性“結構”“功能”“分布”存在的前科學概念，落實科學概念的正遷移。教學中首先強調動脈中血液流速快的直接原因是動脈壓大，而根本原因是隨著心臟的跳動，動脈將血液由心臟運輸到全身。動脈壓大需要“動脈的管壁更厚，管壁的彈性更大，大多分布在身體深處”來保護動脈。另一方面，根據動脈中血流速度快，為保證進出心臟的血液量相等，靜脈的管徑必須大于動脈的管徑。即單位時間內，通過管道的液體量相等，所以動脈的流速大、管徑小。

(基金項目：四川省社會科學“十三五”規劃2016年度課題“類比材料呈現方式對類比課堂教學效果的影響”，No.SC16B071；四川師范大學校級科研項目青年培育項目“四川省中學生生物學重要概念前科學概念探查研究”，No.16QP01；四川師范大學校級教改項目“師范生教學訓練的高效策略與實施方案的研究”，No.201608；四川省大學生創新創業計劃項目“中學生物學教學資源的開發與利用”，No.201510636036)